Linux中inode、软硬连接

磁盘的空间管理

如何对磁盘空间进行管理？

假设在一块大小为500G的磁盘中，500*1024*1024=524288000KB。在磁盘中，扇区是磁盘的基本单位（一般大小为512byte），而文件系统访问磁盘的基本单位是4KB，因此500G就被分成了131072000个扇区，将这些扇区看作为数组。而如果对这500GB进行分盘（C盘50G，D盘100G等），因此对500G磁盘的管理也就是对分的C盘50G，D盘100G的管理，相同，对于C盘50G的管理又被分化成对C盘中5个10G的管理。因此只要管理好局部，就能管理好整体，将整体细化成小等份进行管理即可（如下图）。

在Linux中，文件由数据与属性组成，这里数据内容存储在block（一般是4KB）中，属性存放在inode（磁盘上的另一块空间，一般是128字节）中，因此一个扇区（512字节）可以存储4个inode。但是内容可以增多或减少，而属性是不变的。

Date blocks：里面包含许多Data Block，并且占磁盘的绝大部分空间，每一个Data Block大小是4KB。Data Blocks的作用是以块（这里的块就是Data Block）为单位，对文件内容进行保存，OS将文件每4KB分为一块进行保存，不够4KB也按照4KB保存。
inode table：里面包含大量的inode空间（每个inode大小为128字节），用于保存文件属性。这里的inode可以理解成一个结构体（struct inode，其中保存着对应文件的Data Block编号，这使得Data Blocks与inode进行相互关联），结构体内部包含文件属性（所有者，权限等），并且以二进制的形式将实例化对象（struct inode i）写到inode空间里面。一般而言，一个文件有一个inode编号，以保证文件的唯一性。
Block Bitmap：意思是位图，用于判断Data Blocks上的空间是否被占用。通过比特位上的数据来判断数据块中哪些空间被使用，哪些空间没被使用（0000 0000表示空空间都没有被使用，0000 1010表示1号位和3号位空间被使用）。
Inode Bitmap：用于判断inode哪些空间被占，哪些空间没有被使用。
Group Descriptor Table：简称GDT，块组描述符，用于描述inode表和数据块的起始位置。
Super Block：用于记录存放文件系统本身的信息，记录Data Block和inode Block中的使用量以及未使用量等。并不是每个Block Group都含有Super Block，Super Block存在的意义是如果Super Block出现损坏可以通过其他Super Block对文件进行恢复。

注意：文件名也是文件的属性，但是在Linux中，并没有文件名的概念，而是通过inode对应的Data Block编号来识别文件的，因此要找到文件，就必须找到该文件对应inode编号，找到inode编号就能找到文件的Data Blocks，从而找到文件内容。那么如何找到inode呢？

我们知道，目录其实也是文件，是文件就具有文件内容和属性，这里目录的文件内容其实就是文件与目录的inode编号的映射关系。当我们在某一个目录下创建一个文件的时候，OS会根据当前目录下的Inode Bitmap找到未使用空间，将创建的文件的属性写入到该未使用的inode上，然后再根据Block Bitmap找打未使用的Data Block，然后填写数据到Data Block上，最后返回该文件的inode。最后返回的inode编号找到该文件所处的目录，根据目录的inode找到目录的Data Block，然后将文件名与inode的映射关系写入到目录的Data Block中。（这就是为什么inode中不保存文件名，因为文件名在目录中）

当删除一个文件的时候，根据目录的inode和要删除的文件名，找到目录的Data Block，根据文件名的映射关系找到文件的inode，再根据要删除文件的inode找到该文件的BlockGroup，将要删除文件的inode Bitmap和Block Bitmap的位图上的标志位由1置为0，最后取消该文件与目录的映射关系。

软连接与硬连接

软连接：

如上图，在/home/101-asy/linux/2024-12-06/d1/d2/d3目录下编译成的可执行文件mytest1，如果在/home/101-asy/linux/2024-12-06下执行需要带该文件的路径： ./d1/d2/d3/mytest1；但是如果使用软连接的方式：ln -s ./d1/d2/d3/mytest1 mytest1.s在/home/101-asy/linux/2024-12-06目录下生成一个软连接的可执行文件mytest1.s。这个软连接可以理解成快捷键。

如上图，软连接的文件与源文件的inode不同（因此软连接文件是一个独立的文件，也要进行分配inode,填写属性Data block,映射等操作），并且软连接文件的内容其实是源文件的所在路径。

硬连接：

创建的硬链接文件与原文件的inode相同，所谓的硬连接就是在当前目录下，给指定的文件新增文件名和inode编号的映射关系。

硬连接数是指向同一inode文件的数量，用于标识有多少个文件指向当前inode文件。

为什么创建的文件默认硬连接数是1呢？？？而文件夹又是2呢？？？

如上图，我们知道硬连接数表示有几个文件名指向该文件。当创建file文件时，file文件本身就指向了该文件，因此file文件本省就是一个硬连接数。而对于文件夹来说除了文件夹名本身外其内部还有一些文件：

以目录d4为例，d4的硬连接数为3，分别为d4文件名本身指向d4，d4目录下的.文件指向d4，以及d5目录下的..文件指向d4。